Moldex3D模流分析之充填过程中的流动行为

在射出成型的过程中，将塑料填入模穴中是首要的关键步骤。基本上，这是一个与流动波前有关的三维瞬时问题，非牛顿流体流动及许多参数如热传导的问题都牵涉于其中。一般来说，若是设计未臻完美或是用了不适当的材料或制程条件，都造成产品经充填的过程中出现许多缺陷。

正常来说，充填过程中的熔胶都倾向往有最小阻力的区域前进。若熔融的高分子在模穴中某个区域行进的特别快，就表示此处对熔胶有着较低的阻力。

熔融高分子的黏度在充填的过程中是一项非常重要的特征，高黏度代表对流动有强烈的排拒性。黏度可视为流动阻力的指标。再者，因为塑件温度、热传输速率、剪应变速率及厚度等因素都会影响黏度；故为了更佳的充填效果，这些因素都应该谨慎考虑，其中厚度因素是最关键的因素之ㄧ。模穴内较厚的部分有较小的阻力所以熔胶较易流动，同时，由于热塑性材料的热传导系数很小，故其较厚部分较不容易将热移除，且在较厚的部份，熔胶可藉由较低的充填阻力轻松弥补能量的漏失。因此，较厚部分通常是模穴内较热的区域。反之，模穴内较薄的部分就有着较高的充填阻力而充填的流动也就相对的困难。

通常充填阶段所面临的主要议题如下：

•是否会因充填不完全而导致短射的问题?

•有没有任何迟滞的现象?

•缝合线及包封在哪里以及其影响情形如何?

•单模穴或是多模穴系统内充填与流动平衡如何掌控?

•充填过程中的温度变化及其分布情形?

•进浇点的压力大小及其所对应的锁模力如何？

而藉由流动波前可以探查的充填问题如下：

•了解充填与包压时的流动行为

•检查是否有不完全充填(短射)的问题

•检查是否存在流动不平衡

•侦测缝合线与包封的潜在位置

•检查各浇口与流道的充填分配是否平衡

•寻找适合的浇口位置并预期缝合线的生成

充填过程的示意图 (a) 迟滞现象 (b) 赛马现象 (c) 包封 (d)未平衡的流道 (e)及 (f)多模穴的未平衡流道系统

利用充填分析来研究充填过程，可帮助我们了解自流道到模穴的充填问题，更可以帮助我们将材料、几何上的设计及制程条件等因素联系在一起来研究这个过程。这也提供了我们应用科学化方式了解这些问题、它是如何发生、会发生于何处。 有了这些结果，我们可以更专注于制程的条件、材料的选择或原产品设计的修正上，并找出解决之道。

•Pm: 为射出螺杆之计量区压力分布设定。

•Pn: 为射出喷嘴口的压力分布设定，会随模穴压力变化而改变。

•Pg: 此为流道尽头之进浇点压力分布，即模穴入口的压力。通常模穴压力变化将落后于设定压力值，主要因压力传递及摩擦损耗所造成。

•Pc: 模穴末端的压力。模穴内压力会小于进浇点压力，主管因模穴内压力损耗所造成。

在充填过程中，高分子材料会在预设的压力下经由喷嘴口进入螺杆、进浇点、流道、阀门等等而被填入模穴中。一般而言，充填过程可以分为以下两个阶段：

1.tf to tf1: 充填控制阶段，此时塑料开始填入模穴，并维持稳定的流速，模穴压力会逐渐地上升。

2.tf1 to tp: 压力控制阶段，熔融高分子固化的过程中，模穴压力会迅速的上升且充填开始缩小其可充填体积，接着模内压力被转移至模穴末端。